Плавлення

Плáвлення (нім. Shcmelzen) — перехід тіла з кристалічного твердого стану в рідкий. Плавлення відбувається з поглинанням питомої теплоти плавлення і є фазовим переходом першого роду.

При нормальному тиску, найбільшою температурою плавлення серед металів має вольфрам (3422°C), а серед простих речовин — карбід гафнію NfC (3890°C). Можна вважати, що найнижчу температуру плавлення має гелій: при нормальному тиску він залишається рідким при скільки завгодно низьких температурах.

Багато речовин при нормальному тиску не мають рідкої фази. При нагріванні шляхом сублімації вони відразу переходять в газоподібний стан.

Плавлення складних сполук

У сплавів, як правило, немає певної температури плавлення; процес їх плавлення відбувається в кінцевому діапазоні температур. На діаграмах стану «температура — відносна концентрація» є кінцева область співіснування рідкого і твердого стану, обмежена кривими ліквидуса і солідуса. Аналогічна ситуація має місце і у разі багатьох твердих розчинів.

Фіксованої температури плавлення немає також у аморфних тіл; вони переходять в рідкий стан поступово, розм'якшуючись при підвищенні температури.

Кінетика плавлення

Пояснимо спочатку, чому при деякій температурі тіло вважає за краще розірвати частину міжатомних зв'язків і з впорядкованого стану (кристал) перейти в неврегульоване (рідина).

Як відомо з термодинаміки, при фіксованій температурі тіло прагне мінімізувати вільну енергію F = E - TS. При низьких температурах другий доданок (твір температури і ентропії) неістотно, і в результаті все зводиться до мінімізації звичайної енергії E. Стан з мінімальною енергією — це кристалічне тверде тіло. При підвищенні температури, другий доданок стає все важливішим, і при деякій температурі виявляється вигідніше розірвати деякі зв'язки. При це звичайна енергія E злегка підвищиться, але при цьому сильно зросте і ентропія, що в результаті приведе до пониження вільної енергії.

Динаміка плавлення

В динаміці, плавлення відбувається таким чином. При підвищенні температури тіла збільшується амплітуда теплових коливань його молекул, і час від часу виникають дефекти ґратки. Кожний такий дефект вимагає певної кількості енергії, оскільки він супроводиться розривом деяких міжатомних зв'язків. Стадія народження і накопичення дефектів називається стадією предплавления. Крім того, на цій стадії, як правило, виникає квазі-рідкий шар на поверхні тіла. При деякій температурі концентрація дефектів стає такою великою, що приводить до втрати орієнтаційного порядку в взірці.